轴向压力和均布载荷作用下压杆的屈曲研究

采用摄动法研究了压杆在轴向压力和轴向均布载荷联合作用下的弹性屈曲问题,推导出了压杆弹性屈曲模态函数和屈曲载荷的特征方程,并讨论分析了轴向压力与轴向均布载荷对压杆弹性屈曲的影响.实例计算证明,摄动法计算的结果与Bessel函数法计算的结果相差较小.     

FPJ20型粉喷桩机钻架的有限元分析

本文通过分析ＦＰＪ２０型粉喷桩机钻架结构、载荷特征，将钻架的强度和稳定性计算简化为受偏心载荷作用的细长压杆稳定性计算，并用美国 ＳＤＲＣ公司的机械 ＣＡＤ软件 Ｉ－ＤＥＡＳ对钻架结构进行了有限元分析。该方法对可简化为细长压杆的同类结构分析有一定的指导意义。     

压杆稳定的特征值法与非线性法的适用性评价

为了评价特征值屈曲分析和非线性屈曲分析求解压杆屈曲荷载的适用性。以不同柔度的实心受压圆杆为例,分别采用ANSYS中的特征值屈曲分析和非线性屈曲分析求解压杆的屈曲荷载,并与现行GB 50017—2013《钢结构设计规范》计算结果进行对比。结果表明:对大柔度压杆,特征值分析法与规范计算结果相一致;对中小柔度压杆,特征值屈曲分析法与规范计算结果相差较大;对各种柔度的压杆,规范计算结果和非线性有限元分析结果相一致。基于有限元法的特征值屈曲分析只能用于求解大柔度压杆的屈曲问题,非线性有限元法可用于求解各种柔度压杆的屈曲问题,与规范方法相比有限元法能解决两端复杂约束杆件、变截面压杆和由单杆组成复杂结构的屈曲分析问题。     

基于群论的闭合环形过约束体系可动性研究

Bennett单元及Bricard单元等典型闭合环形机构具有可动自由度,可在无应变状态下产生连续、较为显著的几何构型变换,已广泛应用于可展结构工程中。基于此,建立了由闭合环形的刚性折杆组成,可进行旋转、镜像等对称操作,且在运动过程中始终保持一定对称性的过约束机构。任一折杆的两端通过扭转副单元分别连接至其它2根折杆,且扭转副单元的可转动方向与杆轴线重合。在刚性折杆单元平衡矩阵的基础上,建立结构的整体力平衡矩阵,从矩阵的左零空间、零空间分别求得结构的机构位移模态及自应力模态。引入群论方法预测机构位移模态的对称性,并对结构的可动性进行分析。为了验证该类对称体系的可动性,采用基于牛顿迭代技术的非线性预测 修正算法,对结构进行完整路径的运动模拟。针对2个不同对称性的六杆过约束机构算例进行对称分析及运动模拟,结果表明：算例所述的2个对称过约束体系均为单自由度可动结构,可作为可展结构推广应用。     

用能量法进行两端铰接油缸的稳定性计算

一般来说,当活塞杆的细长比l/d≥15时,必须对油缸进行稳定性校核。对压杆的稳定性问题通常是用欧拉公式求解。而欧拉公式仅对受单纯轴向载荷的等截面压杆才适用,对     

大挠度功能梯度压杆的后屈曲分析

对一端固定一端自由功能梯度压杆的后屈曲问题进行了分析。依据组份材料的体积含量,假设材料的物性参数沿杆件的厚度按幂函数变化。基于Kirchhoff大变形理论,推导了大挠度功能梯度压杆后屈曲分析的控制微分方程和边界条件。采用微分求积法对所得控制微分方程和边界条件进行数值计算,得到压杆后屈曲时的自由端转角和自由端位移。分析了载荷、梯度指数和截面边长比对杆件后屈曲平衡路径的影响。     

三层通高区群柱面外稳定性能与设计方法研究

对带两个等跨布置侧向弹簧支撑的轴压柱(三层通高群柱的面外稳定性等效模型)的研究表明,随着柱子受到支撑作用的增强,柱子最低阶屈曲模态会依次经历单波、双波及三波(完全支撑)三种状态。对于等效模型而言,由于两个弹簧支撑相互独立,其刚度不会随屈曲模态而改变;但是实际三层通高群柱结构中柱子的两个支撑点并非相互独立,对于相同的支撑系统,研究表明柱子单波对称屈曲模态的面外等效支撑刚度要大大弱于双波反对称模态。为此,本文考虑三层群柱面外等效支撑刚度与屈曲模态的相关作用,首先通过理论推导分别建立在单波、双波模态下各柱面外支撑刚度的表达式,实现将柱子的面外稳定性研究模型转化等效单柱模型,进而结合单柱既有研究成果,得到两种模态下柱子弹性屈曲荷载和计算长度系数与等效支撑刚度的关系,并通过弹性屈曲有限元分析验证其准确性;然后,考虑群柱面外几何初始缺陷随机分布的影响,对三层多跨群柱进行二阶弹塑性承载力多参数分析,验证在单波、双波缺陷模式下,按照面外支撑刚度相同的原则,等效单柱模型的轴压稳定设计方法仍然适用于三层多跨群柱的面外稳定性设计。     

梭形钢管格构柱弹性屈曲性能

本文利用有限元方法研究和探讨了单管、双管及三管梭形钢格构柱在两端铰接约束,竖向轴压情况下的弹性屈曲性能和对应的屈曲模态,对影响梭形柱弹性屈曲荷载与屈曲模态的因素进行了系统的参数分析,如柱高、柱长细比、隔板厚度、隔板数量等。根据分析结果阐述了梭形钢格构柱的两种屈曲模态及其转变特性,提出了提高弹性屈曲荷载的有效措施,总结了梭形钢格构柱与等截面柱明显不同的弹性屈曲性能。最后介绍了关于梭形钢格构柱弹性屈曲的理论研究成果在广州新白云国际机场航站楼实际工程中的应用意义。     

两端铰支变截面压杆临界截荷的计算

本文应用能量法、推导出了两端铰支变截面压杆临界截荷，放大系数ｆ的计算公式，从而，可简便地利用等面匀质压杆的欧拉公式，乘以放大系数ｆ求出两端铰支变截面压杆的临界载荷值。     

某大跨单层球面网壳结构的非线性屈曲研究

为研究杆件稳定、初始几何缺陷、几何非线性、材料非线性对某单层球面网壳结构整体稳定性的影响,首先对结构进行线性屈曲分析得到屈曲模态和临界荷载,其次采用弧长法对结构进行非线性屈曲全过程分析,同时确定最不利初始几何缺陷分布模态,最后采用Newton-Raphson法对按此最不利缺陷分布的结构进行弹塑性屈曲全过程分析.计算表明:初始几何缺陷按最低阶屈曲模态分布的一致缺陷模态法可能不适用于大跨单层球面网壳结构的稳定性分析;荷载不对称分布对结构的稳定性更为不利;初始几何缺陷和材料非线性对结构稳定性的影响较大.     

工字钢-混凝土组合梁弹性约束畸变屈曲研究

约束畸变屈曲是不同于侧向屈曲和畸变屈曲的一类特殊的屈曲形式,通常发生在组合梁负弯矩区。基于弹性地基压杆方法对组合梁弹性约束畸变屈曲进行了研究。将Svensson压杆模型进行改进,考虑了腹板参与部分,并推导了两种基于改进压杆模型的变轴力稳定计算表达式。借助于有限元方法,分析了现有变轴力弹性地基压杆方法用于组合梁约束畸变屈曲的求解精度,研究结果表明：弹性地基压杆方法对组合梁作用纯弯矩及三角形负弯矩情况符合良好,但对非线性弯矩分布情况精度较差。对约束畸变屈曲引入等效弯矩假设,并对其适用性进行了分析,提出了约束畸变屈曲等效弯矩假设临界长度简化公式,进而通过三步简化实现了连续组合梁弹性约束畸变屈曲计算。图16表7参17     

自动化码头低架桥桁架结构整体稳定性分析

基于ANSYS对自动化码头低架桥桁架结构进行了线性屈曲分析和非线性静力稳定性分析,后者主要考虑几何、材料非线性和几何初始缺陷,分析了铅芯橡胶支座对结构整体稳定性的影响,得到了低架桥的屈曲模态和失稳临界载荷。结果表明:(1)低架桥先发生整体失稳再出现局部失稳或构件失稳;(2)非线性稳定分析所得的临界载荷小于屈曲分析的临界载荷;几何初始缺陷越大,临界载荷值越小,但对临界载荷的影响不大;(3)使用铅芯橡胶支座虽会降低结构的整体稳定性,但各种支撑形式下低架桥仍然具有良好的稳定性,低架桥的结构安全性主要由刚度指标决定。     

单层球面网壳结构的稳定性研究

以基于离散化假定的几何非线性有限元理论,对单层球面网壳进行了稳定性分析。将网壳杆件离散成空间梁单元,采用特征值屈曲分析预测结构的理论屈曲强度,并得到屈曲模态,再以弧长法对结构变形进行全过程跟踪分析,求得极限临界载荷。文中以100 m跨度单层球面网壳为例分析其在不同载荷作用下的稳定性,从分析结果得到对工程实践有参考意义的结论。     

线性找力分析中的自动几何对称性检测方法

针对力学对称的多自应力模态体系的线性找力分析问题,人工观察获取力学对称单元信息需要经验且容易出错,自动对称性检测方法是必要的.本文提出了一种基于节点云的自动几何对称性检测方法.首先,基于等距变换和对称的定义,给出对称体系在对称或反对称荷载作用下内力和位移等矢量场对称或反对称的证明.其次,给出求解正对称分布自应力模态的对称性条件的引入方法.最后,引入图形学中对称性检测的有关概念,提出一种几何对称性信息的自动检测算法,开发了相应的代码并进行算例验证.     

垂直井筒内悬挂管柱屈曲演变有限元分析

摒弃常规方法中管柱屈曲挠曲线的假设,建立垂直井筒内悬挂管柱的几何和接触双重非线性力学模型,虚拟较大的阻尼比,进行有限元计算。采用正向加载法得到管柱稳定的连续接触的螺旋屈曲构型;采用逆向加载法,根据螺旋屈曲构型,逐渐增加悬挂拉力,进行屈曲演变分析;并分析摩擦力和管柱长度对临界载荷的影响。结果表明:螺旋屈曲向正弦屈曲转变是突变的过程,屈曲模态构型包括螺旋屈曲构型、刚螺旋屈曲和正弦屈曲。摩擦力对临界载荷的影响甚微。随着管柱长度增加,各阶屈曲模态的临界载荷均逐渐减小并趋于常值。此方法适用于斜井、曲率井和水平井管柱的屈曲过程分析。     

轴心受压杆件的弯曲屈曲

全面梳理了轴压杆弯曲屈曲的理论分析过程和工程应用方法。欧拉公式解决了轴压杆弹性区的弯曲屈曲问题。欧拉之后的学者完善了非弹性区的问题,建立了以切线模量理论为基础的轴压杆非弹性区弯曲屈曲的欧拉公式。其后的学者通过考虑安全度的方式将其用于工程设计。新版《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)沿用我国自88钢规以来的做法,以等效初挠度综合考虑初始缺陷,按压弯杆计算给出轴压杆弯曲屈曲的设计公式。     

一个材料力学压杆稳定问题的精确解

本文详细地推导一个两端铰支承等截面细长压杆弹性曲线微分方程式的精确解,并说明解的最后结果及与近解的区别。     

关于剪切变形对等截面梁临界载荷影响的讨论

采用平面问题的剪应变与位移分量的几何方程以及材料力学给出的等截面梁剪应力公式,得到了严格满足表面切应力边界条件的轴向位移表达式,推导了等截面梁屈曲时的微分方程,得到了计算等截面梁屈曲时的临界载荷特征方程.研究结果表明剪切变形对等截面梁临界载荷有一定影响.考虑剪切变形的影响时,等截面梁的临界载荷将变小.对于弹性支承圆形空心压杆,当扭簧刚度不十分大时,可以把圆形空心压杆作为简支梁来计算.     

剪切作用下冷弯槽钢的弹性屈曲

研究与腹板平行的纯剪切荷载作用下包含翼缘和卷边的整个槽钢截面的弹性屈曲,并给出了解决方案。采用样条有限条法(SFSM)对纯剪切作用下的薄壁槽钢进行弹性屈曲分析,以获得截面的弹性屈曲载荷(Vcr)。利用剪切屈曲载荷计算用于截面设计的腹板的剪切屈曲系数(KV)。主要变量为翼缘宽度、构件长度和卷边尺寸。边界条件为两端简支。根据分析结果绘制交互作用曲线,可作为设计指南,使得设计人员不用样条有限条法(SF-SM)软件也能够预测弹性屈曲剪切系数(KV)。给出了不同的翼缘宽度、构件长度和卷边尺寸下构件的典型屈曲模态。包括局部屈曲和翼缘屈曲,畸变屈曲和截面扭曲。     

积极开展矿山岩体变形稳定性的研究

构件变形稳定性的研究,是从1744年欧拉提出细长杆在轴压作用下的平衡问题开始的,他只进行了静态平衡下弹性情况的稳定性分析。提出了压杆丧失稳定(简称失稳)的静力准则,即经典稳定理论的准则。现在结构稳定性研究已发展成为固体力学的一个重要分支学科,其内容涉及对结构静动态弹塑性稳定性的分析及失稳特性的研究．